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Capstone MicroTurbine

Dipl.-Ing. Marcus Mehlkopf

E-quad Power Systems GmbH

E-quad Power Systems GmbHCapstone MicroTurbine

52134 Herzogenrath

www.microturbine.de

Leipzig, 28. Januar 2009

Enertec

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• Gründung im April 2004 als Spin-Off der Fachhochschule Aachen

• Deutschlandweiter Distributor und autorisierter Service-Provider für Capstone MicroTurbinen zur Kraft-Wärmekopplung im Erdgas und Heizölbereich

• Leistungen von EPS– Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur KWK Technik

EEEE----quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)quad Power Systems (EPS)


– Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur KWK Technik– Anlagenprojektierung und Planung– Kundenspezifische Auslegung der Peripherie

• Schalt-/ Steuerschränke inkl. MSR• Wärmetauscher• Gasregelstrecken und – Verdichter

– Wartung und Service inkl. Vollwartungsverträge

Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)Definition und Ursprung von Mikrogasturbinen (MGT)

• Als Mikrogasturbinen werden im allgemeinen kleine schnell-laufende Gasturbinen bis zu einer elektr. Leistung von ca. 250 kW bezeichnet. Es sind Einwellen-Turbinen mit ein-stufigem Radialverdichter sowie radialer Arbeitsturbine. Der Permanent-magnet des Generators ist ebenfalls fest auf dieser Welle auf-gebracht.

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• Die Grundentwicklung der Mikrogasturbine fand in den 90er Jahren durch Förderung mit Militärgeldern in den USA statt. Ursprüngliches Ziel war es, einen leicht portablen, effizienten und zuverlässigen Stromerzeuger zu entwickeln.


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Produktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinenProduktpalette Capstone MicroTurbinen

• C30 Erdgas / LPG

• C30 Diesel / Kerosine

• C30 Biogas

• C65 Erdgas / LPG

• C65 Diesel /Kerosin Kerosin


• C65 Biogas

• C200 Erdgas

Neue Produkte in 2009

C600 – C1000 30ft Containeranlagen

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Mikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kWMikrogasturbine Capstone 30 kW

• Model C30: 30 kW elektr. bei ISO

• Benötigter Erdgasvordruck 3,8 bar

• 27 kW Nettoleistung bei internem Gasverdichter

• Rekuperiert

• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine auf einer Welle mit Generator


auf einer Welle mit Generator

• Bestückt mit low-NOx-Brennerdüsen

• 68 kW thermische Leistung mit Abgas-wärmetauscher

• Einheiten der 4. Generation

• Netzparallel und Inselbetrieb möglich

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Mikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kWMikrogasturbine Capstone 65/50 kW

• Model C65: 65 kW elektr. bei ISO

• Benötigter Erdgasvordruck 4,5 bar

• 61/54 kW Nennleistung mit externem Gasverdichter

• Rekuperiert

• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine





• In Deutschland gedrosselt auf 50kW


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Mikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kWMikrogasturbine Capstone 200 kW

• Model C200: 200kW elektr. bei ISO • Benötigter Erdgasvordruck 5,2 bar• 192 kW Nennleistung mit externem

Gasverdichter• Rekuperiert• einstufiger Radial-Verdichter und Turbine

auf einer Welle mit Generator






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Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6Mikrogasturbine Capstone 0,6----1MW1MW1MW1MW


Capstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWelCapstone Gasturbinen bis 5MWel

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• Einzigartige Luftlagertechnologie

• Elektronisches Getriebe

� keine Synchronisationseinrichtungen nötig

• Inselbetriebsfähigkeit

• Geringe Abgasemissionen (NOx < 30 mg/m3)

• Geringe Wartungskosten

Besonderheiten der MGTBesonderheiten der MGTBesonderheiten der MGTBesonderheiten der MGT----TechnologieTechnologieTechnologieTechnologie


• Geringe Wartungskosten

• Kompakte Bauweise, geringes Gewicht

• Abgastemperaturen um die 300 °C

� für Kraft-Wärme-(Kälte-) Kopplung ideal nutzbar

• Verschiedene Brennstoffe möglich (Erdgas, Flüssiggas, Fackelgas, Klärgas, Kerosin und Heizöl)

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• Direkte Abgasnutzung (z.B. für Trocknungsanlagen)

• Warm- und Heißwassererzeugung über Abgaswärmetauscher(z.B. Wärmenetze; Krankenhäuser; Schwimmbäder)

• Kälte über Absorptionskältemaschinen ( z.B. Industrie; Bürokomplexe)

• Dampferzeugung (z.B. Wäschereien)

Anbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGTAnbindungsmöglichkeiten der MGT


• Dampferzeugung (z.B. Wäschereien)

• Thermölkreisläufe (z.B. für Hochtemperaturanwendungen)

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Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65Schnittbild Capstone C65


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Aufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und ArbeitsparameterAufbauschema und Arbeitsparameter


Quelle: Capstone Turbine

Hier erscheint die MGT-Animation


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Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)Fließbild (Beispiel)


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50

60

70

80

90

100b

zw

. N

utz

un

gsg

rad

[%

]

ISO-Bedingungen (Capstone-Daten)

Wärme (Abgasaustrittstemperatur 60 °C)


Ökosteuergrenze

Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der Wirkungsgrade der C30MikrogasturbinenC30MikrogasturbinenC30MikrogasturbinenC30Mikrogasturbinen


0

10

20

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40

1 6 11 16 21 26 31

Wir

ku

ng

s-

bzw

. N

utz

un

gsg

rad

[%

]

elektrische Leistung [kW]



elektrisch

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SondergaseSondergaseSondergaseSondergase

• Reststoffentsorgung

• Mülldeponien

• Kläranlagen

• Landwirtschaftliche Betriebe

Erdgas AnlagenErdgas AnlagenErdgas AnlagenErdgas Anlagen

• Energieversorgung

• Mehrfamilienhäuser (> 30 WE)

• Hotelgebäude

• Büro und Verwaltungsgebäude

Einsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der MikrogasturbineEinsatzgebiete der Mikrogasturbine


• Landwirtschaftliche Betriebe(Biomasse-Nutzung)

• Nahrungsmittelindustrie

• Papier- und Verpackungsindustrie

• Holzgas (Testphase)

• Büro und Verwaltungsgebäude

• Krankenhäuser

• Altenheime

• KMU

• Trocknungsanlagen

18ESWE ESWE ESWE ESWE Stadtwerke WiesbadenStadtwerke WiesbadenStadtwerke WiesbadenStadtwerke Wiesbaden

Anlage: C60 MicroTurbine (120kWth)

Betreiber: ESWE (St.-Werke Wiesbaden)

Inbetriebnahme: Juni 2005

Einsatzort: Heizwerk Staatstheater

Betriebstunden im Jahr: >8500Bh

Laufzeit September 2007 16.000 Bh


Laufzeit September 2007 16.000 Bh

Störungsausfall incl. Wartung 100h

Ursache Falsche Filter im Verdichter

Nach 4.000h erste Störung.

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HEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke HofHEW Stadtwerke Hof


Betreiber: HEW (St.-Werke Hof)

Inbetriebnahme: März 2005

Einsatzort: Gasreduzierstation

Betriebsstunden im Jahr: >8.500Bst

Wirkungsgrad 95%; 30°C Vorlauf


Wirkungsgrad 95%; 30°C Vorlauf

Regelbereich zwischen 5 und 22kW.

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Krankenhaus PrümKrankenhaus PrümKrankenhaus PrümKrankenhaus Prüm


Betreiber: Caritasverband

Inbetriebnahme: Oktober 2006

Einsatzort: Krankenhaus Prüm

Betriebsstunden im Jahr: >8.000 Bst.

3 Störungen:

E-quad Power Systems GmbHCapstone MikroTurbine

defekte Bauteile auf Garantie

Ausfallzeit gesammt 70h.

Anforderung 85% Volllast.

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Überlandwerke FuldaÜberlandwerke FuldaÜberlandwerke FuldaÜberlandwerke Fulda

Anlage: 2x C65 MicroTurbine (je 126kWth)

Betreiber: SynEnergie GmbH

Inbetriebnahme: Dezember 2007

Einsatzort: Nahwärmenetz Werkgelände

Betriebsstunden im Jahr: >5.000 Bst


Störungen: bisher keine

Das novellierte KWK-G

Empfänger der Zuschläge

Betreiber von KWK-Anlagen, die KWK-Strom in ein Netz der allgemeinen Versorgung einspeisen oder für die Eigenversorgung bereit stellen.

Anlagen bis 50kW Neuanlagen ab01.01.2009

5,11ct./kWh für 10 Jahre

Anlagen 50kW-2MW Neuanlagen ab 01.01.2009

Leistungsanteil ≤ 50kW: 5,11ct./kWhLeistungsanteil > 50kW: 2,1ct./kWh

6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000Volllast

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6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000Volllast

Anlagen über 5MW Neuanlagen ab 01.01.2009

Leistungsanteil ≤ 50kW: 5,11ct./kWhLeistungsanteil 50kW-2MW: 2,1ct./kWh

Leistungsanteil >2MW: 1,5ct/kWh6 bzw. 4 Jahre und max. 30.000 Volllast


Capstone MGT: 84% Wirkungsgrad und >14% Primärenergieeinsparung

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Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Capstone MGTBetriebsstunden C30 7.600 h/a Wartungskosten

Betriebsstunden C50/C65 6.800 MWh/a C30 (€/Bh) 0,54Erdgasdaten C50 (€/Bh) 0,78Leistungspreis 0,900 €/kW C65 (€/Bh) 0,78Arbeitspreis 0,046 €/kWh Standzeit

Mineralölsteuer 5,500 €/MWh Betriebst. 80.000Stromkosten kalk. Zinssatz

Strombezugspreis* 0,140 €/kWh % 5Stromgutschrift <=50kW 0,116 €/kWh Eigenstromverbrauch

Stromgutschrift 65kW 0,114 €/kWh MWh/a 250Wärmegutschrift ** 0,053 €/kWh


Wärmegutschrift ** 0,053 €/kWh

Modell MGT C30 C50 C65

Anlagenpreis 54.900 85.800 85.800 €

Subvention Mini-BHKW 11.125 12.125 0 €

Einbindung 7.000 9.000 9.000 €

Nutzungsdauer der Anlage 10,5 11,8 11,8 JahreAnnuitätsfaktor 0,12 0,11 0,11Kapitalkosten 6.010 9.133 10.521 €/a

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Wirt-schaft-

lich-keit

Technische Daten

Brennstoffeinsatz Ho 124 210 246 kWHu für Wirkungsgrad 114 191 224 kWelektrische Leistung 27 50 61 kWthermische Leistung 68 112 126 kWelektrischer Wirkungsgrad 23,7 26,2 27,2 %thermischer Wirkungsgrad 59,6 58,6 56,3 %Gesamtwirkungsgrad 83,3 84,8 83,5 %

Energieerzeugung

Strom 205 340 415 MWhdavon eingespeist 0 90 165 MWhWärme 517 762 857 MWh

Brennstoffdaten

Brennstoffbezug Ho 942 1.429 1.676 MWh


Brennstoffbezug Ho 942 1.429 1.676 MWhBrennstoffkosten Ho 43.462 65.908 77.296 €/aMineralölsteuer (Erstattung) 5.183 7.858 9.215 €/aSumme 38.279 58.051 68.080 €/a

Erlöse

eingesparte Stromkosten 28.728 35.000 35.000 €/aZuschuss Eigenstromverb. 3.932 4.791 4.274Stromgutschrift eingespeißt 0 10.440 18.720 €/aWärmegutschrift 27.339 40.289 45.325 €/aSumme 59.999 90.519 103.318 €/a

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Wirt-schaft-

lich-keit

Fazit

Verbrauch (Brennstoff) 38.279 58.051 68.080 €/aWartungskosten 4.104 5.304 5.304 €/aBetriebskosten 42.383 63.355 73.384 €/a

Erlöse 59.999 90.519 103.318 €/aGewinn statisch 17.616 27.165 29.934 €/ajährl. Investitionskosten 6.010 9.133 10.521 €/aJahresüberschuss 11.606 18.031 19.413 €/aAmortisationszeit statisch 2,74 2,94 3,07 Jahre

Generalüberholung 0 0 0 €Überschuss Laufzeitende 90.367 159.182 168.788 €


Überschuss Laufzeitende 90.367 159.182 168.788 €E-quad Power Systems GmbH

Diese Kalkulation dient als Beispiel und ist nicht verbindlich!C50 erzeugt 54kW brutto (-4kW Verdichterleistung)C65 erzeugt 61kW netto (-4kW Verdichterleistung)* kalk. Durchsch.-preis von Leistungs-+ Arbeitspreis + KWK + EEG Zuschlag ** Wärmepreis=Gasarbeitspreis + 15%

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Zusammenfassung der Vorteile

• Luftlagerung > keine Schmier- und Kühlmittel

• Kompakte Bauweise, geringes Gewicht, 100% Regelbar

• Brennstoffvariabilität (Erdgas, Biogas, Heizöl)

• Geringer Einfluss bei wechselnden Energiegehalten des Brennstoffs(vorteilhaft für den Einsatz von Biomasse)

• Sehr gutes Teillastverhalten

• Hoher Gesamtwirkungsgrad, bis zu 94% je nach Rücklauftemperatur


• Hoher Gesamtwirkungsgrad, bis zu 94% je nach Rücklauftemperatur

• Geringe Schadstoffemissionen

• Geringe Wartungskosten durch Ölfreiheit der Turbine (nur Capstone)

• Im Inselbetrieb einsetzbar

• Hohe Abgastemperaturen > ideale nutzbar für Kraft-Wärme-(Kälte)-Kopplung und für direkt Abgasnutzung (Trocknung)

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Nachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWKNachteile gegenüber anderen KWK----AnlagenAnlagenAnlagenAnlagen

• Höhere Investitionskosten als neue BHKW-Motoren (10-15%)

� Größere Anlagenstückzahlen würde dies verbessern

• Geringerer elektrischer Wirkungsgrad bei Volllast als moderne Motor-BHKWs

� Gesamtwirkungsgrad ≥ als BHKW Motor; vor allem bei Teillast


� Gesamtwirkungsgrad ≥ als BHKW Motor; vor allem bei Teillast

• Bestehende Innovations- Hemmnisse beim Kunden

� …..dafür sind wir heute auf der Enertec!

ReferenzenReferenzenReferenzenReferenzen


Förderung SAENA

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Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

E-quad Power Systems GmbHCapstone MikroTurbine

Dipl.- Ing. Marcus Mehlkopf

E-quad Power Systems GmbH

Kaiserstraße 100

52134 Herzogenrath

Email: [email protected]

Internet: www.microturbine.de

Tel.: +49-(0)2407- 9049210

Fax.: +49-(0)2407- 9049219

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